填料塔吸收過程實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)題目：填料塔吸收過程實(shí)驗(yàn) 1了解填料吸收塔的基本結(jié)構(gòu)，熟悉吸收實(shí)驗(yàn)裝置的基本流程，搞清楚每一個(gè)附屬設(shè)備的作用和設(shè)計(jì)意圖。明確吸收塔填料層壓降 P與空塔氣速 u在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中的關(guān)系曲線及其意義，了解實(shí)際操作氣速與泛點(diǎn)氣速之間的關(guān)系。掌握測(cè)定含氨空氣-水系統(tǒng)的體積吸收系數(shù) Kya的方法。熟悉分析尾氣濃度的方法。掌握氣液體積轉(zhuǎn)子流量計(jì)使用方法和安裝要求，濕式流量計(jì)的使用方法和連接要求。觀察在一定液體噴淋密度下，當(dāng)氣速增大到一定程度時(shí)產(chǎn)生的液泛現(xiàn)象，測(cè)得液泛氣速，并根據(jù)液泛氣速確定操作氣速。根據(jù)實(shí)際測(cè)得的原始數(shù)據(jù)，在雙對(duì)u的關(guān)系曲線。1、旋渦泵 2、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3、四個(gè) U形管差壓計(jì)(13、1

2、4、15、16)、氨氣鋼瓶 4、氨氣壓力表 5、氨氣減壓閥 6、氨氣穩(wěn)壓罐 7、氨氣轉(zhuǎn)子流量計(jì) 8、水轉(zhuǎn)子流量計(jì) 9、吸收瓶 10、濕式流量計(jì) 11、三通旋塞 12、溫度計(jì) 17、18、19。本實(shí)驗(yàn)物系為水空氣-氨氣。由旋渦氣泵產(chǎn)生的空氣與從液氮鋼瓶經(jīng)過減壓閥后的氨氣混合后進(jìn)入填料塔底部。吸收劑水從塔頂噴淋而下，從塔底經(jīng)液封裝置排出。氣液在填料層內(nèi)接觸、傳質(zhì)，經(jīng)吸收后的尾氣從塔頂排出。很少量的一小部分尾氣通過三通閥引進(jìn)洗氣瓶，洗氣瓶內(nèi)裝有已知濃度和一定體積量的稀硫酸，尾氣與稀硫酸進(jìn)行中和反應(yīng)，經(jīng)吸收后的尾氣通入濕式流量計(jì)后放空。從濕式流量計(jì)可以測(cè)出此小部分尾氣經(jīng)過洗氣瓶的空氣體積量。四、實(shí)驗(yàn)原

3、理和方法填料塔的壓力降與泛點(diǎn)氣速是填料塔設(shè)計(jì)與操作的重要流體力學(xué)參數(shù)。氣體通過填料層的壓力降將隨氣液流量的變化而改變。填料層的壓力降p與空塔氣速 u的關(guān)系如圖 2所示。當(dāng)無液體噴淋時(shí)， pu關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中為一斜率在 1.82.0之間的直線，如圖 2中 AB線。當(dāng)液體噴淋密度達(dá)到一定值如 后，液體以液膜狀流經(jīng)填料表面， pu關(guān)系如圖 2中 A1B1C1D1線所示，由兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn) 、C1分為三個(gè)區(qū)段。其中第一區(qū)段 A1B1為恒持液區(qū)，在此區(qū)段中空塔氣速較低，氣體流速對(duì)填料表面上覆蓋的液膜厚度無明顯影響，填料層內(nèi)的持液量與空塔氣速無關(guān)，僅隨噴淋量的增加而增大。此區(qū)段的pu關(guān)系線與 AB線平行，由于

4、持液使填料層空隙率減小，故壓降高于相同空塔氣速下的干塔壓降。當(dāng)空塔氣速增大至一定程度時(shí)，氣體對(duì)液體的流動(dòng)產(chǎn)生明顯的牽制作用，隨空塔氣速增大，液膜增厚，出現(xiàn)填料層持液量增加的所謂攔液狀態(tài)或稱截液現(xiàn)象，此時(shí)的狀態(tài)點(diǎn)稱為載點(diǎn)或攔液點(diǎn)，即圖 2中的 B1點(diǎn)?？账馑俅笥谳d點(diǎn)氣速后，填料層內(nèi)的持液量隨空塔氣速增加而增大，在空塔氣速增大與空隙率下降的雙重作用下， pu關(guān)系線呈向上彎曲的形狀，即圖中的第二區(qū)段 B1C1。當(dāng)氣體速度繼續(xù)增大，達(dá)到點(diǎn) C1相當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，上升氣流對(duì)液體所產(chǎn)生的曳力使得液體向下流動(dòng)嚴(yán)重受阻，積聚的液體充滿填料層空隙，氣體只能以鼓泡的形式上升，致使填料層壓降急劇上升， pu關(guān)系線變得非

5、常陡峭，如圖 2中 C1D1區(qū)段。此現(xiàn)象稱為液泛，C1點(diǎn)稱為泛點(diǎn)。填料塔在液泛狀態(tài)(C1D1區(qū)段下操作，氣液相間的接觸面積最大，傳質(zhì)效率最高，但操作最不穩(wěn)定，因此實(shí)際操作氣速應(yīng)控制在既接近于液泛，但又不發(fā)生液泛時(shí)的氣速。一般操作氣速取液泛氣速的 60%80%。2.填料層壓降和空塔氣速的測(cè)定塔內(nèi)氣體流速用空塔氣速 u表示，其定義為氣體體積流量與塔截面之比。即u=一一塔截面積，m2。流量計(jì)的標(biāo)定條件為 t=293.15K，p0=101325Pa，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)為空氣，液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定介質(zhì)為水。實(shí)驗(yàn)測(cè)量氣體、液體體積時(shí)操作條件與標(biāo)定條件不同，所以必須經(jīng)過校正。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是氣體，則其體積

6、流量校正式為：Q=QN0P0T0（4-3） =QNS0PT0S0一一被測(cè)氣體在標(biāo)定條件下的密度，kg/m3；一一指實(shí)際測(cè)量條件下被測(cè)氣體的密度，kg/m3；P0一一標(biāo)定條件的絕對(duì)壓力，101325Pa；T0一一標(biāo)定條件的絕對(duì)溫度，293.15K；一一指實(shí)際測(cè)量條件下被測(cè)液體的密度，kg/m3；0一一標(biāo)定條件下水的密度，kg/m3。根據(jù)實(shí)測(cè)的p與求得的空塔氣速 u值，可在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中作出關(guān)系曲線，即在圖2中可以得到液泛氣速，也就確定了實(shí)際氣速操作的范圍。3.體積吸收系數(shù)的測(cè)定由空氣和氨氣混合后進(jìn)入塔底，液相清水由塔頂噴淋而下，系統(tǒng)總壓 P一般取塔內(nèi)的平均壓力，根據(jù)塔頂壓力和塔頂、底壓差可以得出塔

7、內(nèi)平均壓力。p=p底+p頂 (4-5)實(shí)驗(yàn)中因塔底液相溫度與塔內(nèi)平均溫度非常接近，所以 T取塔底液相溫度。進(jìn)塔混合氣中溶質(zhì)的摩爾組成小于 10%，屬于低濃度氣體吸收。在雙膜理論的基礎(chǔ)上，操作范圍之內(nèi)，塔內(nèi)任一截面處的氣液兩相成平衡關(guān)系，氣液相平衡關(guān)系為 ，此式中 m為相平衡常數(shù)，且 m=E。 P總體積傳質(zhì)吸收系數(shù)對(duì)于低濃氣體吸收，傳質(zhì)系數(shù)可視為常數(shù)。對(duì)于塔內(nèi)填料的類型與尺寸一定，單位體積填料的有效氣液接觸面積，主要取決于流體流動(dòng)情況。因氣、液流率幾乎不變，全塔的流動(dòng)狀況相同，故傳質(zhì)系數(shù)在全塔可視為常數(shù)?？傮w積吸收系數(shù)反映了填料吸收傳質(zhì)性能的主要參數(shù)之一，也是設(shè)計(jì)填料塔的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)低濃氣體

8、吸收，可近似?。簓y（4-8a） 1+yxX=x （4-8b） 1+xnAir（4-10）因?yàn)槌鏊怏w尾氣還含有很少量的氨，是弱堿性的，所以可以通人濃度已標(biāo)定，體積數(shù)一定的酸中進(jìn)行中和反應(yīng)，測(cè)出尾氣中氨氣的濃度。具體測(cè)定是，取濃度為 Ma(mol/L)的硫酸置于吸收瓶中，加 23滴指示劑例溴百里酚蘭，少量的尾氣通人洗氣瓶內(nèi)，硫酸吸收后再經(jīng)濕式流量計(jì)放空，尾氣一直通到中和反應(yīng)的終點(diǎn)即指示劑由黃棕色變至黃綠色馬上停止通氣。按式(4-11)計(jì)算出Y2。Y2=nNH3nAir2MaVa 10-3 （4-11） =P0V0RT0P0、V0、T0一一尾氣經(jīng)洗氣瓶吸收后，通過濕式流量計(jì)空氣的壓力、體積、溫度

9、(K)；R一一氣體常數(shù)。出塔液相組成 X1的確定也可以用酸堿中和滴點(diǎn)法測(cè)得方法略。總傳質(zhì)推動(dòng)力的確定Y=Y-Y*-Y2(Y1-mX2)-(Y2-mX1) （4-13） =ln(Y1/Y2)ln(Y1-mX1)/(Y2-mX2)總體積傳質(zhì)吸收系數(shù) kya的計(jì)算溶質(zhì)被吸收的量 GA由物料衡算可求得，又式中 總體積傳質(zhì)吸收系數(shù)，kmol/m3h在仿真實(shí)驗(yàn)主界面中選擇吸收實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊進(jìn)入吸收過程實(shí)驗(yàn)界面，輸入學(xué)號(hào)，回車，點(diǎn)擊仿真操作，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作界面。首先點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)按鈕，雙擊吸收劑調(diào)節(jié)闊，得一閥門開度放大圖，點(diǎn)、一符號(hào)，可增減閥門的開度，先增大水的流量，潤濕塔內(nèi)填料，隨后調(diào)節(jié)水流量到一定值，例如取 ，

10、然后點(diǎn)擊風(fēng)機(jī)開關(guān)的綠色按鈕，啟動(dòng)旋渦氣泵，雙擊空氣流量調(diào)節(jié)閥，慢慢增大風(fēng)量，同時(shí)注意觀察塔內(nèi)氣液流動(dòng)形態(tài)，直至填料層中產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，即表明已發(fā)生液泛。記下液泛時(shí)的最大空氣量例 15m3/h)，再根據(jù)最大空氣量規(guī)劃各個(gè)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)點(diǎn)的風(fēng)量值。為了使實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在坐標(biāo)軸上分布均勻，風(fēng)量應(yīng)按等比數(shù)列安排，比值取 1/4。實(shí)驗(yàn)時(shí)風(fēng)量應(yīng)從小到大逐級(jí)調(diào)節(jié)，每改變一次風(fēng)量，需待系統(tǒng)穩(wěn)定后再點(diǎn)擊讀取數(shù)據(jù)按鈕，以記錄該實(shí)驗(yàn)狀態(tài)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。一個(gè)噴淋密度下一般測(cè) 10組數(shù)據(jù)左右，最后一組數(shù)據(jù)應(yīng)在泛點(diǎn)下測(cè)取。2.體積吸收系數(shù) Kya的測(cè)定調(diào)節(jié)水量至 0.03 m3/h不變，空氣量取液泛時(shí)的 0.60.8倍，例如取 12m3/

11、h；打開氨減壓閥。為了保證在低濃氣體下吸收，氨氣的體積流量應(yīng)小于空氣流量的7.7%，例如取 4%，則氨氣流量為 0.48 m3/h。等系統(tǒng)穩(wěn)定后，雙擊屏幕左上側(cè)的尾氣吸收瓶，使尾氣吸收瓶和濕式流量計(jì)相連，點(diǎn)擊三通閥門，尾氣引人吸收瓶與內(nèi)裝一定量的濃度已知的稀硫酸進(jìn)行中和反應(yīng)。當(dāng)指示劑由紅色變成黃綠色時(shí)，中和反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)，此時(shí)計(jì)算機(jī)彈出一個(gè)對(duì)話框，提示中和反應(yīng)已達(dá)終點(diǎn)，點(diǎn)擊確定即可結(jié)束尾氣分析。再點(diǎn)擊讀取數(shù)據(jù)按鈕，則可自動(dòng)讀取第一個(gè)操作條件下的各測(cè)量參數(shù)。保持空氣和氨氣流量不變，改變水量，例如增大到 0.036 m3/h，等系統(tǒng)穩(wěn)定后，重復(fù)以上數(shù)據(jù)測(cè)取操作。再在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，保持水流

12、量不變，將空氣的流量減小到 9m3/h，則相應(yīng)的氨氣流量為 0.36 m3/h，等系統(tǒng)穩(wěn)定后，再重復(fù)以上數(shù)據(jù)測(cè)取操作。如是得到三種操作條件下的 Kya測(cè)試原始數(shù)據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理當(dāng)測(cè)完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，可點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)操作界面上部的數(shù)據(jù)處理按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理界面，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。pu數(shù)據(jù)處理點(diǎn)擊界面左側(cè)的pu按鈕，則列表顯示出原始測(cè)定數(shù)據(jù)，再點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理，又會(huì)列表顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。再雙擊作圖。則可在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中作出塔頂、底壓降 p與空塔氣速 u的關(guān)系，并在右上側(cè)顯示泛點(diǎn)氣速和載點(diǎn)氣速。圖 5.6Apu曲線的原始數(shù)據(jù)記錄2. Kya的數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)題目：填料塔吸收過程實(shí)驗(yàn) 8數(shù)據(jù)處理表點(diǎn)擊界面左側(cè)

13、的Kya按鈕，可得到在三種操作條件下的原始數(shù)據(jù)表格。再點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理按鈕，則可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表，其中最終結(jié)果為 Kya。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)水量不變，只改變氣量時(shí)的 Kya值大于改變水量而氣量不變時(shí)的 Kya值，因此表明水吸收氨是屬于氣膜控制的過程。七、實(shí)驗(yàn)裝置停車操作點(diǎn)擊返回實(shí)驗(yàn)室按鈕，返回實(shí)驗(yàn)操作界面。按以下順序執(zhí)行停車操作：關(guān)閉氨氣閥門。測(cè) pu關(guān)系曲線時(shí)，空氣流量應(yīng)按等比數(shù)列變化，這樣可保證實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上分布均勻。左上側(cè)尾氣吸收瓶只有三只，只能分析三次尾氣濃度，如果超過三次，則吸收瓶不能復(fù)原，只能重新再做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)連接了尾氣吸收瓶后，別忘了還應(yīng)點(diǎn)擊三通，使部分尾氣通入吸收瓶進(jìn)行中和反應(yīng)，否則無法得到尾氣的濃度。1.為什么要測(cè) pu的關(guān)系曲線?實(shí)際操作氣速與泛點(diǎn)氣速之間存在什么關(guān)系?2.什么是空塔氣速?3.混合氣體經(jīng)過填料塔吸收后，塔頂尾氣濃度是怎樣測(cè)定的?4.經(jīng)過填料塔吸收后，從塔底出來的液相濃度可用哪幾種方